镁基能源材料研究进展

作为最轻的金属结构材料,Mg合金在轻量化方面已经得到了越来越多的应用.Mg具有较低的电极电位及储氢量较大的特点使得Mg在能源材料方面发挥越来越重要的作用.综述了Mg作为储氢材料和电池材料的研究进展,着重介绍了Mg基储氢材料的性能改善、制备方法等,同时对Mg二次电池和燃料电池体系进行了简要介绍.此外,还较详细地介绍了具有高容量储氢性能的Mg基复杂氢化物的研究现状及结果.     

稀土储氢材料的研究与应用

我国稀土资源的明显优势,为我国稀土工业的可持续发展提供了最基本的资源保障。稀土储氢合金具有优良的动力学性能和稳定性以及较高的储氢容量,特别是在镍氢电池上的应用取得巨大成功后,成为固定式氢燃料储氢载体重要选择方案之一。近年来稀土储氢材料产业得到迅猛发展,已成为仅次于汝铁硼稀土永磁材料的第二大稀土功能材料。在国家的支持下,对稀土储氢材料的研究、产业化应用都取得了一系列可喜的进步。本文将重点介绍稀土储氢材料的研究进展及其应用。     

高压复合储氢罐用储氢材料的研究进展

氢能因来源广、无污染、热值高等特点成为解决能源问题的重要方案。随着燃料电池技术的发展,氢能在车载方面的应用得到进一步拓宽,但氢气的加注、存储问题成为限制氢能汽车发展的瓶颈之一。实现氢气安全高效的存储是氢能规模化应用的关键。目前主要的储氢方式有高压气态、低温液态、固态。通过增加氢气压力和提高容器材料的比强度,可有效提高气态储氢系统的质量储氢密度,但由于气体分子间作用力的影响,高压气态储氢的体积储氢密度较低。同时过高的氢压对安全储氢罐的设计和成本也是一大挑战。通过加压、降温液化氢气实现的液态储氢拥有理想的质量储氢密度和体积储氢密度,但保存液态氢对设备要求十分苛刻,且液化氢气所需能耗为氢燃烧热值的40%,得不偿失。固态储氢方式将氢以原子、离子的形式存储于氢化物中,因此固态储氢材料的体积储氢密度可观,且材料吸/放氢条件温和,安全性高,但固态储氢材料的质量储氢密度不占优势。高压复合储氢罐将高压储氢技术与固态储氢材料相结合,同时拥有气态储氢与固态储氢的优势,是实现安全高密度储氢的有效途径。通过气-固复合的储氢方式,可有效提升高压储氢罐的体积储氢密度,减小储氢罐体积,降低充氢压力,提高安全性。而发展在高压条件下具有良好充/放氢特性的储氢材料是提升高压复合储氢罐性能的关键。TiCr2基、ZrFe2基AB2型合金是主要的高压储氢合金,对它们的研究集中在通过利用不同原子半径、电子结构的合金元素进行A侧和/或B侧元素替代,实现对合金平台压、容量、吸放氢动力学性能的有效调控。但TiCr2基、ZrFe2基储氢合金的质量储氢密度仍然偏低,相比之下,NaAlH4与AlH3具有高的储氢密度,是潜在的高压储氢材料。通过纳米化、掺杂催化剂等手段能够有效降低NaAlH4的脱氢温度,提高其循环稳定性;通过球磨、改善溶剂等方法可提升AlH3的合成产率、改善其结晶性。本文简要介绍了高压复合储氢罐的原理及对高压储氢材料的主要性能要求,着重评述了间隙型储氢合金(TiCr2、ZrFe2)、铝基金属氢化物(NaAlH4、AlH3)两类高压储氢材料的结构、性能特点及研究进展。     

金属氢化物储氢装置研究

用有限差分法和二维导热模型计算了圆柱形金属氢化物储氢装置内部储氢过程的温度场分布,结果表明空气换热型储氢装置内部的合金反应床存在明显的温度梯度场,吸氢时储氢装置中心部位的温度最高,需要强化其芯部换热条件,以提高储氢装置的储放氢性能.对比研究了铸态以及甩带快淬工艺制备 TiV0.41 Fe0.09Mn1.5合金吸放氢循环寿命,表明甩带快淬工艺可以显著提高储氢合金的吸放氢循环性能.以甩带快淬工艺制备的TiV0.41Fe0.09Mn1.5合金为工质的储氢装置,经过3 600次吸放氢循环后的容量保持率达到94%以上.     

镁基储氢复合材料的研究进展

综述了镁基储氢复合材料开发和研究的最新进展，重点介绍了稀土／镁基储氢复合材料和镍／镁基储氢复合材料的主要种类、吸放氢性能和相关的制备工艺，简要分析了钛、铁、钒、锆／镁基储氢材料的研究现状和存在的问题，讨论了镁基储氢复合材料在储氢电极材料方面的应用前景。     

MH/Ni电池负极材料储氢合金表面修饰及性能研究

探索了一种储氢合金表面修饰的新方法,应用HF和CuSO4混合溶液对MH/Ni电池负极AB5型储氢合金进行表面处理.研究了HF含量对合金表面修饰的影响,考察了修饰后合金电极的电化学性能,应用交流阻抗分析了表面处理对合金性能影响的作用机理.结果表明,表面修饰使合金表面活性增加,导电性增强,使合金电极具有更好的活化速度和高倍率放电能力.另外,表面修饰还抑制了合金的粉化、氧化,改善了合金电极的循环性能.因此,表面修饰合金作为MH/Ni电池负极材料可以更好的满足电动车用动力型电源的性能要求.     

三氢化铝的结构及其储氢性能研究

近年来,三氢化铝作为一种新型的固态储氢材料,因其较高的储氢容量和较低的放氢温度,其在可移动氢源系统,特别是车载储氢燃料电池方面的应用研究愈加广泛。阐述了三氢化铝的晶体结构,对国内外在其储氢特性(分解脱氢热力学和动力学特性、可逆循环)和储氢改性方面(稳定化、去稳定化)的研究进展进行了综述,并展望了其未来发展趋势。     

储能材料的研究进展

作为一种新型的清洁能源，氢的廉价制取、安全高效储存与输送及其规模应用，将是今后研究的重点。本文介绍了储氢材料的结构、性能、制备及应用；展望了储氢材料的发展趋势。     

包头建新型稀土储氢材料项目

近日，包头三德电池材料有限公司稀土新型储氢合金粉项目在包头稀土高新技术产业开发区正式启动并开工建设，标志着我国稀土新材料在绿色电池领域应用迈出关键一步，同时也将填补国内新型稀土储氢材料应用技术的空白。     

储氢材料的研究与应用

叙述了储氢金属材料的研究发展状况以及储氢材料在储存和运输氢气、分离和净化氢气、空调制冷、制作热传感器和二次电池等方面的应用。     

LaNi5.5 Sn1.5-C-Si合金优异的长期吸/放氢循环性能

AB5型储氢合金在气固储氢、氢压缩、镍氢电池等领域具有广阔的应用前景,其循环稳定性是人们的一个关注点.本实验通过电弧熔炼的冶金方法,结合长时间退火的热处理工艺,制备了以CaCu5相为主相,以富Ni/Sn相为次要相,以及少量C相和Si相弥散分布的LaNi5.5 Sn1.5-C-Si合金,并结合LaNi5基础合金,研究了LaNi5.5 Sn1.5-C-Si合金在1000周吸/放氢循环过程中的储氢性能变化规律.结果表明,随着吸/放氢循环,合金的储氢容量略有降低,吸/放氢平台发生细微的倾斜,但以上变化远远小于LaNi5合金循环1000周的变化.LaNi5.5 Sn1.5-C-Si合金循环1000周的容量保持率高达98％,这可能是由于C和Si相的弥散分布对合金颗粒的粉化起到了缓冲作用.此外,LaNi5.5 Sn1.5-C-Si合金具有良好的吸氢动力学性能,在383～423 K、2 MPa氢压下200 s内即可完全吸氢,合金良好的吸氢动力学性能可能与富Ni/Sn相的催化作用有关.     

La-Mg-Ni系A2B7型合金相结构与储氢性能研究进展

氢的燃烧热值高、储量丰富、燃烧产物零污染,被认为是理想的能源载体。氢能的发展对“双碳”目标的实现具有重要的支撑作用,而氢能的发展又离不开高密度、低成本的储氢材料。La-Mg-Ni系A₂B₇型储氢合金是在La-Ni二元合金的基础上发展起来的一类新型储氢合金,具有储氢容量高、原料成本低等优势。Mg加入到La-Ni合金后进入到[A₂B₄]亚单元中,抑制了氢致非晶化现象,使结构保持稳定,加速了合金的实用化进程。La-Mg-Ni系A₂B₇型储氢合金本征储氢容量可达到1.80%以上(质量分数),显著高于已经商品化的AB₅型储氢合金。La-Mg-Ni系A₂B₇型储氢合金的晶体结构可调控性强,并且容易受到组成与制备条件细微变化的影响。基于以上认识,重点关注了关于La-Mg-Ni系A₂B₇型储氢合金组成与制备技术等相关的研究报道,较为系统地综述了元素取代和制备技术等...     

储氢合金的发展趋势

自60年代美国、荷兰相继发现镁镍合金和镧镍合金具有吸氢特性以后,储氢合金作为一种新型能源材料,立即受到各国材料科学家的高度重视。70年代,日本松下电器公司意外发现钛锰合金具有极高的吸氢能力,因为用来装氢气的钛锰合金容器中的氢压在一夜间无缘无故从1O大气压降到1大气压以下,而容器并无泄漏现象。从此,日本很快成为研究储氢合金最活跃的国家。山于储氢合金具有极广的用途(除了作为无污染的洁净能源用于然氢发动机外,还可用于空调器、致冷装置、热泵、电池,氢     

核壳结构纳米镁基复合储氢材料研究进展

氢能的有效开发和应用主要需解决氢的安全、高效储运瓶颈问题。MgH_2具有高储氢容量、资源丰富以及成本低廉等优点,被认为是最具发展前途的一类储氢材料。但是,MgH_2较高吸放氢温度和较慢吸放氢速率限制了其实际应用。核壳结构纳米镁基储氢材料有助于材料储氢性能的改善,目前已取得了大量成果。本文针对国内外纳米镁基核壳结构储氢体系研究现状,归纳了该类储氢材料的制备方法,重点阐述和总结了其吸放氢热力学动力学性能、微观结构、物相变化,并对该领域的研究成果和方向进行了总结和展望,指出调控核壳结构镁基材料的纳米尺寸、添加高效纳米催化剂及其综合协同作用是镁基储氢材料领域未来的研究趋势和重要研究方向。     

镁基Mg2Ni储氢合金的制备及其性能改善研究进展

镁基Mg_2Ni储氢合金由于具有理论储氢容量高、资源丰富、价格廉价、质量轻等突出优点而备受关注。然而,该类合金因制备困难、吸放氢动力学性能差,实际应用受到了极大的限制。对近几十年来镁基Mg_2Ni储氢合金的制备和性能改善方面的研究进行了系统综述。在此基础上,指出了该类合金存在的问题及今后的发展方向。     

纳米晶及非晶镁基贮氢合金薄膜的研究进展

镁基储氢材料是应用前景非常广阔的一类储氢材料,具有储氢量大、环境友好、成本低等优点,而镁基储氢薄膜材料是镁氢薄膜电池的重要基础。本文综述了纳米晶或非晶合金镁基贮氢合金薄膜的制备工艺、电极应用和电化学稳定性等几个方面的国内外研究概况。指出了镁基储氢合金薄膜材料研究目前存在的问题及研究趋势。     

Mg-Ni系储氢合金元素取代改性的研究进展

综述了对Mg-Ni系储氢合金进行元素取代改性的最新研究进展,分析了Mg-Ni系储氢合金A、B两侧元素的构成,并分别按Mg-Ni系中A、B两侧元素的性质,讨论了这些元素部分取代A2B型Mg2Ni和AB型MgNi合金中的Mg和Ni对Mg-Ni系合金储氢性能的影响。对近年来研究的多元Mg基储氢合金的充放氢性能和电化学性能进行了系统的阐述,总结了取代元素在降低Mg-Ni系储氢合金的氢化物生成热和放氢温度、提高合金电极循环寿命时的作用。     

稀土原材料价格上涨对稀土新材料生产成本的影响

在新材料领域,稀土元素丰富的光学、电学及磁学特性得到了广泛应用。稀土新材料主要包括稀土永磁材料、稀土催化材料、稀土发光材料、贮氢材料、磁制冷材料、光导纤维、磁光存储材料、巨(庞)磁电阻材料、稀土激光材料、超导材料、介电材料等。这些材料被广泛地应用在航天、航空、信息、电子、能源、交通、医疗卫生等领域。我国已经在稀土永磁材料、储氢材料、发光材料、催化材料和抛光粉材料等5大材料领域形成了一定的产业规模。2011年,我国生产了8.85万t钕铁硼永磁材料,1.25万t储氢合金,1.55万     

合金化对Mg-Ni系合金储氢性能的影响:综述

Mg基合金具有储氢量大、质量轻、资源丰富、价格低廉等特点,但其较高的放氢温度和较慢的吸放氢速率是限制其应用的关键问题.合金化是改善Mg基储氢合金吸放氢热力学和动力学的有效方法,在纯Mg中添加Ni会形成Mg2 Ni,其吸放氢热力学与动力学均会得到明显改善,但仍不够理想,有待进一步提高.本文就合金化对Mg-Ni系合金储氢性能的影响进行了综述,整理了各合金元素的添加对Mg-Ni系合金吸放氢热力学与动力学的影响,最后对Mg-Ni系合金的发展进行了展望.     

金属储氢材料研究概况

综述了氢存储研究的重要性和国内外当前金属储氢材料的研究状况,对稀土系、Laves相系、镁系和钛系4大系列及金属配位氢化物系储氢材料当前的研究热点和存在问题进行了详细的介绍,并对未来金属储氢材料的研究工作进行了展望.金属储氢材料可用于电能、机械能、热能和化学能的转换和储存,具有广阔的应用前景.然而到目前为止,那些在室温下容易释放氢的金属氢化物,其可逆吸氢量不超过2%,无法满足实际要求.因此,新型储氢材料的开发任重而道远.